Dispositif de commutation incluant une partie ferromagnétique mobile

La présente invention se rapporte à un dispositif de commutation électrique comportant un micro-interrupteur magnétique doté d'un élément mobile apte à s'aligner suivant les lignes de champ d'un champ magnétique. Le dispositif de commutation selon l'invention pourra notamment être utilisé dans un bouton-poussoir, un bouton glissant ou un bouton rotatif, dans un interrupteur de position, un capteur de choc ou d'accélération.

II est connu par le brevet US 6,633,158 un capteur de position comportant un micro-interrupteur magnétique doté d'un élément mobile piloté par effet magnétique par un aimant permanent mobile. L'aimant permanent peut prendre au moins deux positions pour soumettre l'élément mobile aux deux orientations de ses lignes de champ. En s'alignant sur les lignes de champ de l'aimant permanent, l'élément mobile bascule entre un état ouvert ou un état fermé correspondant respectivement à l'ouverture ou à la fermeture d'un circuit électrique. Ces micro-interrupteurs magnétiques sensibles à l'orientation des lignes de champ réagissent de manière très précise à la position de l'aimant permanent. Ils sont donc difficiles à régler lors de l'assemblage du détecteur.

Les documents WO2004/066330 et US 5,923,523 décrivent des capteurs de position employant des interrupteurs de type "reed" peu précis, commutés par le déplacement d'une pièce ferromagnétique à proximité d'un aimant fixe. Dans le premier document la pièce ferromagnétique est mise en mouvement par un fluide. Son déplacement n'est donc pas calibré.

Le but de l'invention est de proposer un dispositif de commutation électrique doté d'un micro-interrupteur magnétique, dont le réglage lors de l'assemblage est aisé, dont les performances ne sont pas affectées au cours du temps, ledit dispositif étant précis et parfaitement calibré pour se déclencher systématiquement lorsque une force d'intensité déterminée est appliquée.

Ce but est atteint par un dispositif de commutation électrique comprenant : un aimant permanent créant un champ magnétique, un micro-interrupteur électrique doté d'un élément mobile piloté par effet magnétique entre au moins deux états en s'alignant suivant deux

orientations différentes des lignes de champ du champ magnétique de l'aimant permanent, caractérisé en ce que : le micro-interrupteur et l'aimant permanent sont fixes l'un par rapport à l'autre, - le dispositif comporte une pièce ferromagnétique mobile mise en mouvement entre deux positions pour agir sur l'orientation des lignes de champ générées vis-à-vis de l'élément mobile par l'aimant permanent en vue d'imposer à l'élément mobile l'un ou l'autre de ses deux états, en position initiale, la pièce ferromagnétique est maintenue par effet magnétique contre l'aimant permanent.

Selon l'invention, employer un aimant permanent et un micro-interrupteur fixes l'un par rapport à l'autre permet de limiter les contraintes de réglage des points de fonctionnement du micro-interrupteur par rapport à l'aimant permanent et donc de s'affranchir des problèmes d'assemblage du couple aimant permanent/micro- interrupteur.

Selon l'invention, l'aimant permanent sert donc à la fois à retenir la pièce ferromagnétique en position initiale mais également à commuter le micro-interrupteur lors d'un mouvement de la pièce ferromagnétique.

Selon une particularité de l'invention, la pièce ferromagnétique mobile suit un mouvement de translation. Le mouvement de translation est par exemple perpendiculaire à une direction d'aimantation de l'aimant permanent.

Selon l'invention, le micro-interrupteur est par exemple centré par rapport à l'aimant permanent. Ainsi, sans l'influence de la pièce ferromagnétique, l'élément mobile se trouve dans un état repos situé entre son état ouvert et son état fermé. En centrant le micro-interrupteur par rapport à l'aimant permanent, la pièce ferromagnétique peut être symétrique et agir, dans chacune de ses positions, de manière symétrique sur les lignes de champ de l'aimant permanent.

Selon une autre particularité, dans chacune de ses positions, la pièce ferromagnétique est maintenue par un effet magnétique d'attraction exercé par l'aimant permanent.

Selon une autre particularité, la pièce ferromagnétique présente une forme en U comportant une partie centrale et deux ailes parallèles entre lesquelles est positionné l'aimant permanent. Dans chacune des positions de la pièce ferromagnétique, l'une de ses ailes est attirée par l'aimant permanent. L'architecture de l'invention est donc particulièrement compacte, notamment grâce à la double

fonction de l'aimant qui permet à la fois de commuter le micro-interrupteur et de maintenir la pièce ferromagnétique dans sa position initiale, et éventuellement, selon la configuration, dans sa position finale.

Selon l'invention, le micro-interrupteur est par exemple décentré par rapport à l'aimant permanent. Sans l'influence de la pièce ferromagnétique, le microinterrupteur est donc maintenu par effet magnétique dans l'un de ses états ouvert ou fermé. La pièce ferromagnétique peut donc prendre une première position extrême dans laquelle elle dévie les lignes de champ pour imposer à l'élément mobile l'autre de ses deux états et une seconde position extrême éloignée dans laquelle elle n'agit pas sur les lignes de champ. La première position extrême est stable, la pièce ferromagnétique étant maintenue par effet magnétique d'attraction exercé par l'aimant permanent et la seconde position extrême de la pièce ferromagnétique est éphémère, marquée par une butée. Dans la seconde position extrême, la pièce ferromagnétique reste sous l'influence magnétique de l'aimant permanent de manière à être rappelée par effet magnétique vers la première position.

Selon une variante de réalisation du dispositif, l'aimant permanent est en forme de disque et la pièce ferromagnétique mobile a la forme d'une bague tournante encerclant l'aimant permanent et effectuant un mouvement de rotation autour de l'aimant permanent. La bague présente par exemple une protubérance apte à prendre deux positions diamétralement opposées pour agir sur les lignes de champ de part et d'autre d'un plan de symétrie.

Le dispositif de commutation de l'invention est par exemple employé dans un bouton poussoir, un bouton glissant, un interrupteur de position, un capteur de choc ou un capteur d'accélération.

D'autres caractéristiques et avantages vont apparaître dans la description détaillée qui suit en se référant à un mode de réalisation donné à titre d'exemple et représenté par les dessins annexés sur lesquels : les figures 1 et 2 représentent le dispositif de commutation de l'invention, employé dans un bouton glissant, respectivement à l'état fermé et à l'état ouvert,

les figures 3 et 4 montrent l'influence de la pièce ferromagnétique sur les lignes de champ magnétique générées par l'aimant permanent, la figure 5 représente le dispositif de commutation employé dans un bouton tournant montré de manière schématique, - la figure 6 représente, vu de côté, le bouton tournant de la figure 5, les figures 7 et 8 représentent le dispositif de commutation de l'invention employé dans un détecteur de choc, respectivement à l'état repos et à l'état déclenché, les figures 9 et 10 représentent le dispositif de commutation de l'invention employé dans un détecteur de choc, respectivement à l'état repos et à l'état déclenché, la figure 11 représente en perspective un micro-interrupteur magnétique tel qu'employé dans le dispositif de commutation de l'invention, les figures 12 et 13 représentent le micro-interrupteur de la figure 11 respectivement à l'état ouvert et à l'état fermé selon l'orientation des lignes de champ générées par un aimant permanent.

L'invention concerne un dispositif de commutation comprenant au moins un micro-interrupteur 2 magnétique fixe, un aimant permanent 4, 40 fixe et une pièce ferromagnétique 5, 50, 500 mobile.

Ce dispositif de commutation peut être mis en œuvre dans un bouton- poussoir, un bouton glissant ou un bouton tournant ainsi que dans un interrupteur de position, un capteur de choc ou d'accélération.

Le micro-interrupteur 2 employé est de type magnétique, sensible à l'orientation des lignes de champ L d'un champ magnétique généré par un aimant permanent 4.

Ce type de micro-interrupteur 2 peut être commuté par un aimant permanent entre deux états, un état ouvert (figure 12) et un état fermé (figure 13). Il est par exemple fabriqué en technologie MEMS (pour "Micro-Electro-Mechanical System").

Un exemple de configuration d'un micro-interrupteur 2 sensible à l'orientation des lignes de champ L est représenté en figures 11 à 13.

Un micro-interrupteur 2 sensible à l'orientation des lignes de champ L comporte une membrane 20 mobile ferromagnétique déformable pouvant être

actionnée en rotation autour d'un axe de rotation (R) sous l'influence de l'aimant permanent 4. La membrane 20 est par exemple en Fer-Nickel.

La membrane 20 présente un axe longitudinal (A) et est reliée, à l'une de ses extrémités, par l'intermédiaire de bras de liaison 22a, 22b, à un ou plusieurs plots 23 d'ancrage solidaires d'un substrat 3. La membrane 20 est apte à pivoter par rapport au substrat suivant son axe (R) de rotation perpendiculaire à son axe longitudinal (A).

Les bras 22a, 22b de liaison forment une liaison élastique entre la membrane 20 et le plot 23 d'ancrage et sont sollicités en flexion lors du pivotement de la membrane 20.

A son extrémité distale par rapport à son axe de rotation, la membrane 20 porte un contact mobile 21. En pivotant, la membrane 20 peut prendre au moins deux états déterminés, un état ouvert (figure 12) dans lequel deux pistes électriques 31 , 32 fixes déposées sur le substrat sont déconnectées ou un état fermé (figure 13) dans lequel les deux pistes 31 , 32 sont reliées entre elles par le contact mobile 21 porté par la membrane 20. Sur la figure 1 1 , la membrane est à l'état repos, dans une position parallèle à la surface du substrat 3.

Le principe de fonctionnement d'un tel micro-interrupteur 2 est illustré sur les figures 12 et 13. L'un des modes d'actionnement de la membrane 20 d'un tel microinterrupteur 2 consiste à appliquer un champ magnétique créé par un aimant permanent 400. Selon ce mode d'actionnement, la membrane 20 ferromagnétique se déplace entre ses deux états en s'alignant sur les lignes de champ L du champ magnétique généré par l'aimant permanent 400. En référence aux figures 12 et 13, le champ magnétique de l'aimant permanent 400 présente des lignes de champ L dont l'orientation génère une composante magnétique BP ₀ , BP ₁ dans une couche ferromagnétique de la membrane 20 suivant son axe longitudinal (A). Cette composante magnétique BP ₀ , BP ₁ générée dans la membrane 20 engendre un couple magnétique imposant à la membrane 20 de prendre l'un de ses états ouvert (figure 12) ou fermé (figure 13). En déplaçant l'aimant permanent 400 en translation parallèlement à l'axe longitudinal (A) de la membrane 20, il est donc possible de soumettre la membrane 20 à deux orientations différentes des lignes de champ L du champ magnétique de l'aimant permanent 400 et de faire basculer la membrane 20 entre ses deux états. L'état ouvert ou fermé de la membrane dépend de la position et de l'orientation du micro-interrupteur 2 par rapport à l'aimant permanent 400.

Dans le dispositif de commutation de l'invention, on utilise ce principe d'actionnement du micro-interrupteur 2 sauf que l'aimant permanent 4, 40 employé et le micro-interrupteur 2 sont tous les deux fixes. Afin de pouvoir soumettre la

membrane 20 du micro-interrupteur 2 aux deux orientations des lignes de champ du champ magnétique généré par l'aimant permanent 4, 40, une pièce ferromagnétique 5, 50, 500 est mise en mouvement entre au moins deux positions à proximité de l'aimant permanent 4, 40. En se déplaçant, cette pièce ferromagnétique 5, 50, 500 a pour effet de déplacer le plan de symétrie des lignes de champ L du champ magnétique de l'aimant permanent 4, 40 et donc à dévier les lignes de champ L de l'aimant permanent 4, 40.

Un bouton glissant doté d'un dispositif de commutation selon l'invention est représenté en figures 1 et 2. Ce bouton glissant comporte un organe d'actionnement 6 solidaire de la pièce ferromagnétique 5 et mobile en translation dans un boîtier (non représenté) suivant une direction de translation. La pièce ferromagnétique 5 est symétrique par rapport à un plan vertical et présente par exemple une forme en U renversé composée de deux ailes latérales 5a, 5b parallèles symétriques reliées entre elles par une partie centrale perpendiculaire 5c. L'aimant permanent 4 du dispositif est par exemple de forme parallélépipédique et est placé à l'intérieur du U formé par la pièce ferromagnétique 5, entre les deux ailes 5a, 5b de la pièce 5. La direction d'aimantation (M) de l'aimant permanent 4 et le plan de symétrie des lignes de champ L de l'aimant permanent 4 sont perpendiculaires à la direction de translation de la pièce ferromagnétique 5 mobile. Sur les figures annexées, la direction de translation de la pièce ferromagnétique 5 est par exemple située dans un plan horizontal.

Le micro-interrupteur 2 est placé sous l'influence magnétique de l'aimant permanent 4, centré par rapport à l'aimant permanent 5, de sorte que sans pièce ferromagnétique 5, la membrane 20 est parallèle au substrat 3 et est à l'état repos (comme sur la figure 1 1 ). L'axe de rotation (R) du micro-interrupteur 2 est horizontal et perpendiculaire à la direction de translation de la pièce ferromagnétique 5.

Selon l'invention, la pièce ferromagnétique 5 est apte à se déplacer en translation entre deux positions extrêmes par rapport à l'aimant permanent 4 fixe. Dans chacune de ses positions extrêmes, elle vient par exemple buter par chacune de ses ailes 5a, 5b contre l'aimant permanent 4 et est maintenue collée par effet magnétique d'attraction contre l'aimant permanent 4. Un effort minimal doit donc être exercé sur l'organe d'actionnement 6 pour décoller la pièce ferromagnétique 5 de l'aimant permanent 4 et la déplacer d'une position à l'autre, conférant ainsi à l'utilisateur un effet tactile particulier lors du déplacement de l'organe d'actionnement 6. Au fur et à mesure du déplacement de la pièce ferromagnétique 5 d'une position

vers l'autre, l'effet magnétique d'attraction s'atténue entre une première aile 5a de la pièce ferromagnétique 5 et l'aimant permanent 4 et augmente entre la deuxième aile 5b de la pièce ferromagnétique 5 et l'aimant permanent 4.

La pièce ferromagnétique 5 a pour effet de déplacer le plan de symétrie des lignes de champ L de l'aimant permanent 4. Dans chaque position extrême de la pièce ferromagnétique 5, des lignes de champ L générées par l'aimant permanent 4 sont ainsi déviées par la pièce ferromagnétique 5 de manière à soumettre la membrane 20 du micro-interrupteur 2 à une orientation déterminée et lui imposer l'un de ses états ouvert ou fermé (voir figures 3 et 4). Cette configuration du dispositif de commutation dans un bouton glissant est parfaitement reproductible dans un bouton poussoir ou un interrupteur de position, seule l'orientation des pièces devant éventuellement être modifiée.

Le dispositif de commutation selon l'invention peut également être employé dans un bouton tournant tel que représenté en figure 5. Le bouton tournant comporte par exemple un aimant permanent 40 en forme de disque placé par exemple au- dessus du micro-interrupteur 2. Le micro-interrupteur 2 et l'aimant permanent 40 sont fixes l'un par rapport à l'autre de sorte que la membrane 20, sans l'influence de la pièce ferromagnétique 50, est à l'état repos (comme sur la figure 1 1 ). La pièce ferromagnétique 50 est par exemple constituée d'une bague encerclant l'aimant permanent 40 et apte à tourner sur son axe autour de l'aimant permanent 40 lorsqu'elle est actionnée par un organe d'actionnement externe non visible sur la figure 5. L'axe de la bague est par exemple vertical, tandis que l'axe de rotation de la membrane du micro-interrupteur 2 est horizontal. La bague comporte une protubérance 51 interne formée en direction de l'aimant permanent 40 et chargée en fonction de la position de la bague de dévier les lignes de champ de l'aimant permanent 40. La protubérance 51 de la bague est apte à tourner entre au moins deux positions diamétralement opposées (1 et 0 sur les figures 5 et 6) alignées sur l'axe longitudinal (A) de la membrane 20 du micro-interrupteur de manière à dévier d'un côté ou de l'autre les lignes de champ L de l'aimant permanent et soumettre la membrane 20, selon sa position, à l'une ou l'autre des deux orientations des lignes de champ L. La configuration présentée ci-dessus du dispositif de commutation peut également être employée dans un interrupteur de position, un capteur de choc ou d'accélération, l'actionnement n'étant plus manuel mais causée par un phénomène extérieure.

Le dispositif de commutation de l'invention peut également être employé dans un capteur de choc ou même un capteur d'accélération.

Dans une première configuration représentée en figures 7 et 8, le capteur de choc dispose par exemple d'un dispositif de commutation semblable à celui employé dans le bouton glissant décrit ci-dessus. La pièce ferromagnétique 5 est identique et présente ainsi une forme en U renversé dotée de deux ailes latérales 5a, 5b parallèles séparées d'une partie centrale 5c perpendiculaire. Comme précédemment, l'aimant permanent 4 ainsi que le micro-interrupteur 2 sont placés dans le U formé par la pièce ferromagnétique 5.

Dans cette première configuration, en position initiale, la première aile 5a de la pièce ferromagnétique est maintenue par effet magnétique contre l'aimant permanent 4 (figure 7). Lors d'un choc, la pièce ferromagnétique 5 peut être déplacée horizontalement dans un sens vers sa seconde position, à partir d'un seuil de déclenchement déterminé. Dans sa seconde position, la seconde aile 5b de la pièce ferromagnétique 5 vient se plaquer par effet magnétique contre l'aimant permanent 4 (figure 8). Le seuil de déclenchement du capteur de choc est notamment fonction de la masse de la pièce ferromagnétique 5 mobile, de la nature des matériaux constituant l'aimant permanent 4 et la pièce ferromagnétique 5, de la taille de la surface de l'aimant permanent 4 situé en vis-à-vis de la pièce ferromagnétique 5 ainsi que de la distance initiale d'entrefer séparant l'aile 5a, 5b distante de la pièce ferromagnétique 5 par rapport à l'aimant permanent 4.

Dans chacune de ses deux positions, la pièce ferromagnétique 5 agit sur l'orientation des lignes de champ L du champ magnétique de l'aimant permanent 4 de manière à les dévier et à soumettre la membrane 20 du micro-interrupteur 2 à une orientation majoritaire des lignes de champ L. Dans la position initiale de la pièce ferromagnétique 5, les lignes de champ L vues par la membrane 20 du microinterrupteur 2 lui imposent son état ouvert. Dans la seconde position de la pièce ferromagnétique 5, les lignes de champ L vues par la membrane 20 présentent une orientation inversée et lui imposent son état fermé.

Dans cette première configuration, la pièce ferromagnétique 5 reste en position collée à l'aimant permanent 4 après l'actionnement du capteur de choc ce qui permet de doter le capteur d'un effet mémoire. Afin de favoriser cet effet mémoire, les deux ailes 5a, 5b de la pièce ferromagnétique 5 peuvent être dimensionnées différemment pour augmenter la force d'attraction entre la pièce ferromagnétique 5 et

l'aimant permanent 4 lorsque la pièce 5 est dans sa seconde position. De même, la distance entre l'aimant permanent 4 et l'aile distante 5a de la pièce ferromagnétique 5 après que le capteur a été déclenché peut être ajustée pour éviter le retour de la pièce ferromagnétique 5 en position initiale.

Dans une seconde configuration du capteur de choc représentée en figures 9 et 10, la pièce ferromagnétique 500 présente par exemple une configuration en L à deux branches perpendiculaires 501 , 502. La pièce ferromagnétique 500 est déplaçable en translation suivant une direction, par exemple horizontale, sous l'effet d'un choc, entre une position initiale (figure 9) stable dans laquelle elle est plaquée par effet magnétique contre l'aimant permanent 4 et une seconde position éloignée (figure 10). L'une des branches 501 de la pièce ferromagnétique 500 en L est perpendiculaire à sa direction de translation et l'autre branche est parallèle à cette direction. La seconde position est marquée par une butée fixe par exemple constituée d'une paroi 7 placée sur le chemin de la pièce ferromagnétique 500. Cette paroi 7 est positionnée de manière à maintenir la pièce ferromagnétique 500 sous l'influence magnétique de l'aimant permanent 4 quelle que soit l'intensité du choc, même lorsque la pièce ferromagnétique 500 vient en butée contre la paroi 7. Après un choc, la pièce ferromagnétique 500 est donc ramenée automatiquement par effet magnétique contre l'aimant permanent 4.

Dans cette seconde configuration, le micro-interrupteur 2 est décentré par rapport à l'aimant permanent 4 de manière à mettre la membrane 20 dans l'un de ses deux états, ouvert ou fermé (fermé sur la figure 10) lorsque la pièce ferromagnétique 500 est dans sa seconde position (figure 10), c'est-à-dire lorsque la pièce ferromagnétique 500 est éloigné et n'a plus d'effet sur les lignes de champ L de l'aimant permanent 4. En position initiale, la pièce ferromagnétique 500 agit sur les lignes de champ L de l'aimant permanent 4 et les dévie de manière à soumettre la membrane 20 à une orientation définie et à lui imposer l'autre de ses deux états, ouvert ou fermé (ouvert sur la figure 9).

II est bien entendu que l'on peut, sans sortir du cadre de l'invention, imaginer d'autres variantes et perfectionnements de détail et de même envisager l'emploi de moyens équivalents.